大跨钢屋盖支座约束条件对结构整体性能影响研究

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大跨度钢桁架结构具有形式简单、传力路径明确、轻质高强、良好的装配性等优点,借助支座与下部结构连接形成整体。支座节点在桁架结构安全中起着十分重要的作用,支座节点破坏会导致整个大跨度结构的失效,设计者也对支座节点的精细化模拟有着更为严格的要求。本文考虑平板式支座节点尺寸效应,对支座节点的力学特性进行参数化分析,研究其各种刚度对桁架结构力学性能的影响。主要研究内容和成果如下。(1)平板式支座节点参数化分析。运用ABAQUS建立平板式支座节点精细化有限元模型,以锚栓直径、底板厚度、加劲肋厚度、底板尺寸、角焊缝焊脚尺寸和支座高度为控制变量进行参数化分析,获得支座节点竖向刚度、侧向刚度(x、y向)和转动刚度(x、y向)。结果表明:锚栓直径对支座五种刚度大小影响较小;底板厚度、加劲肋厚度、角焊缝焊脚尺寸对支座各种刚度大小有影响,对支座节点属性结果没有影响;底板尺寸、支座高度对支座五种刚度大小有影响,对支座节点属性结果有影响。其中,以支座高度对刚度大小和节点属性结果影响最为显著。(2)平板式支座节点弹塑性有限元分析。设计两组不同高度的平板式支座,不同之处在于第一组有成对横向加劲肋。组内除个别外,竖向承载力、水平承载力和弯矩承载极限随着支座高度的降低而增加。结合两组来看,竖向承载力和水平承载力第二组要大于第一组,至于弯矩承载极限,第一组要大于第二组。(3)开孔板式橡胶支座有限元分析。运用ABAQUS建立开孔板式橡胶支座精细化有限元模型,设计四组不同平面尺寸的开孔板式橡胶支座模型,并设置对照组,获得支座节点的竖向刚度、侧向刚度(x、y向)和转动刚度(x、y向)。结果表明:两个方向的侧向刚度相差很小;与不开孔板式橡胶支座相比,开孔板式橡胶支座刚度有不同程度的降低;与普通钢支座相比,开孔板式橡胶支座五种刚度值均较小。(4)无四面围焊角焊缝普通钢支座-开孔板式橡胶垫组合支座力学性能研究。无四面围焊角焊缝普通钢支座采用割线刚度,与开孔板式橡胶垫组成串联弹簧模型。组合支座节点属性结果:x方向,由美国规范判断支座节点属性为半刚性连接,由欧洲规范判断支座节点属性为半刚性连接;y方向,由美国规范判断支座节点属性为铰接,第三组和第四组则转为半刚性连接,由欧洲规范判断支座节点属性为半刚性连接。与开孔板式橡胶支座节点属性判断结果相比较,x方向,第四组由欧洲规范判断支座节点属性由刚性连接转为半刚性连接。(5)普通钢支座刚度对钢桁架整体性能影响研究。以参数化分析得到的刚度为基础,对平面桁架和空间桁架施加点弹簧连接边界条件进行结构计算。计算结果与铰接连接边界条件相比相差较小,完全可以用铰接连接来代替点弹簧连接。随着支座转动刚度的增加,竖向位移和最大内力会减小,而线弹性屈曲特征值会增加,当刚度增大到一定程度时,几乎不再发生变化,x向转动刚度作用要明显大于y向转动刚度。另外,根据计算得到的转动刚度数据来看,基于此数量级再增大作用效果明显减弱。(6)无四面围焊角焊缝普通钢支座-开孔板式橡胶垫组合支座对钢桁架整体性能影响研究。支座约束条件改为增设橡胶隔震器,在位移、时程分析、模态分析等方面计算结果有着不同程度的差异,与普通钢支座相比结构变形有着明显的增幅,模态周期延长表明地震作用下结构响应减弱,最大内力相差不大,这种结构计算方法有待试验的进一步验证。
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